THIẾT KẾ & CHẾ TẠO MÔ HÌNH MÁY PHUN ÉP NHỰA

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA CƠ KHÍ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ ĐIỆN TỬ

ĐỀ TÀI:

THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÔ HÌNH
MÁY PHUN ÉP NHỰA
Người hướng dẫn:

TS. NGUYỄN DANH NGỌC

Sinh viên thực hiện: TRẦN THANH QUANG
Số thẻ sinh viên:

101232091131

Lớp:

09CDT2

Đà Nẵng, 5/2018

SVTH: TRẦN THANH QUANG

GVHD: TS. NGUYỄN DANH NGỌC

- Bộ phận đẩy sản phẩm ra khỏi khuôn: Là một xi lanh được điều khiển bằng
van điện từ nổi thẳng vào ty đẩy của khuôn.

SVTH: TRẦN THANH QUANG

GVHD: TS. NGUYỄN DANH NGỌC


THIẾT KẾ & CHẾ TẠO MÔ HÌNH MÁY PHUN ÉP NHỰA

Ứng với mỗi quy trình và một bộ phận cần có nhiều cơ cấu hỗ trợ kèm theo cũng
như cần được lập trình để mô hình có thể hoạt động. Trong mô hình của mình em
sử dụng PLC SAMSUNG FARA N70-α.
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

CỘNG HÒA XÃ HÔI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

KHOA CƠ KHÍ

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ tên sinh viên: Trần Thanh Quang
Số thẻ sinh viên:
101232091131
Lớp: 09CDT2

Khoa: Cơ khí

Đà Nẵng, ngày 30 tháng 05 năm 2018

Trưởng Bộ môn Cơ điện tử

Người hướng dẫn

TS. Võ Như Thành

TS. Nguyễn Danh Ngọc

SVTH: TRẦN THANH QUANG

GVHD: TS. NGUYỄN DANH NGỌC


THIẾT KẾ & CHẾ TẠO MÔ HÌNH MÁY PHUN ÉP NHỰA

LỜI NÓI ĐẦU
Hiện nay đất nước ta đang trong thời kì đổi mới - thời kỳ công
nghiệp hóa hiện đại hóa. Cùng với sự phát triển của ngành Cơ khí chế tạo máy,
ngành Kỹ thuật Điện tử là sự phát triển của Kỹ thuật điều khiển và Tự động hóa.
Hệ thống điều khiển là một phần quan trọng được trong mọi quá trình tự động hóa.
Ngày nay, nhựa được dùng làm vật liệu để sản xuất nhiều loại vật dụng trong
đời sống hằng ngày cho đến những sản phẩm công nghiệp, gắn với đời sống hiện
đại của con người. Đáp ứng nhu cầu tạo những sản phẩm từ nhựa nhanh chóng dễ
dàng, em đã nghiên cứu, thiết kế và chế tạo máy phun ép nhựa.
Đây là đề tài, đồ án nghiên cứu cuối cùng của em trước khi rời khỏi ghế nhà
trường và trở thành kỹ sư, với những kiến thức được lĩnh hội, em đều áp dụng vào
đề tài này. Trong quá trình thực hiện đề tài, đã nhận được sự giúp đỡ, ủng hộ rất
nhiều từ phía thầy cô, gia đình và bạn bè.



THIẾT KẾ & CHẾ TẠO MÔ HÌNH MÁY PHUN ÉP NHỰA

MỤC LỤC

Tóm tắt đồ án tốt nghiệp
Nhiệm vụ đồ án tốt nghiệp
Lời nói đầu..................

i

Cam đoan........................................

.....ii

Mục lục

…… iii

Danh sách hình vẽ.........................................v

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ PHUN ÉP NHỰA.................12
1.1

Ngành công nghiệp nhựa.............................................................................12

1.2 Tổng quan về công nghệ phun ép...............................................................13
1.2.1 Giới thiệu....................................................................................................13
1.2.2 Đặc điểm công nghệ....................................................................................13

Van khí nén..................................................................................................21

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN......................................23
3.1

Quy trình công nghệ....................................................................................23

3.2

Kiến trúc hệ thống điều khiển.....................................................................24

3.3 Tổng quan về PLC.......................................................................................25
3.3.1 Giới thiệu chung.........................................................................................25
3.3.2 Hoạt động của một PLC.............................................................................26
3.3.3 Ứng dụng của PLC.....................................................................................28
3.3.4 Giới thiệu PLC N70-α của hãng Samsung..................................................28
3.4 Thiết kế sơ đồ nối dây mô hình...................................................................32
3.4.1 Hệ thống cấp nguồn....................................................................................32
3.4.2 Mạch điều khiển Arduino............................................................................33
3.4.3 Sơ đồ nối dây PLC......................................................................................34
3.4.4 Sơ đồ nối dây van xi lanh............................................................................35
3.5 Một số linh kiện điện tử...............................................................................36
3.5.1 Arduino UNO R3.........................................................................................36
3.5.2 Cảm biến D-A76H.......................................................................................37
3.5.3 Dây cảm biến nhiệt độ NTC-100K..............................................................38
3.5.4 Rơ le trung gian Omron MY2N...................................................................39
3.5.5 Công tắc hành trình BTN1A019.................................................................39
3.5.6 Động cơ pittman 8322................................................................................40
3.5.7 Màn hình LCD 16x2....................................................................................40
3.6 Chương trình điều khiển.............................................................................41

Y
Hình 2. 1: Cấu trúc chính của máy phun ép nhựa...................................................21
Hình 2. 2: Bản vẽ kết cấu cơ khí của mô hình.........................................................22
Hình 2. 3: Đơn vị đóng mở [1]................................................................................23
Hình 2. 4: Cấu tạo của đơn vị đóng mở: (1) Khuôn, (2) Tấm lót dẫn hướng, (3)Tấm
giữ khuôn cố định, (4) Lỗ khoan hướng tâm, (5) Tấm giữ khuôn di chuyển, (6) Bệ
máy..........................................................................................................................23
Hình 2. 5: Giai đoạn lấy nhựa vào khuôn: (1) Phễu nạp nguyên liệu, (2) Xi lanh,
(3) Vòng băng điện trở, (4) Trục vít, (5) Khuôn đúc phun, (6) Cuống nối nhựa....24
Hình 2. 6: Giai đoạn ép áp lực điền đầy nhựa vào khuôn.......................................24
Hình 2. 7: a) Cấu tạo trục vít, b) cấu tạo chổ nối trục.............................................17
Hình 2. 8: Cấu tạo của trục vít đùn đơn giản:
(1) Mũi trục vít, (2) Bộ phận chặn
dòng chảy ngược , (3) Lõi trục vít, (4) Gờ vòng xoắn , (5) Chuôi trục............17
Hình 2. 9: Trục vít với van chặn dòng chảy ngược [3]: (1) Khuôn, (2) Đầu phun,
(3) Vặn chặn dòng chảy ngược, (4) Trục vít, (5) Xi lanh, (6) Mũi trục vít, (7) Đầu
xi lanh, (8) Ống lót cuốn nối...................................................................................19
Hình 2. 10: Khuôn đúc sản phẩm [3]......................................................................19
Hình 2. 11: Xi lanh khí nén.....................................................................................20
Hình 2. 12: Van khí nén [3].....................................................................................21
Hình 3. 1: Quy trình công nghệ phun ép [1]............................................................23
Hình 3. 2: Kiến trúc hệ thống điều khiển................................................................24
Hình 3. 3: Chu kỳ vòng quét của PLC.....................................................................27
Hình 3. 4: PLC Samsung N70-α [5]........................................................................29
Hình 3. 5: Rack gắn module của PLC SAMSUNG [5]...........................................29
Hình 3. 6: Giao diện phần mềm lập trình WINFPST..............................................31

SVTH: TRẦN THANH QUANG

GVHD: TS. NGUYỄN DANH NGỌC


1.1

Ngành công nghiệp nhựa

Chất dẻo, hay còn gọi là nhựa hoặc polymer, được dùng làm vật liệu sản xuất nhiều
loại vật dụng góp phần quan trọng vào phục vụ đời sống con người cũng như phục
vụ cho sự phát triển của nhiều ngành và lĩnh vực kinh tế khác như: điện, điện tử,
viễn thông, giao thông vận tải, thủy sản, nông nghiệp... Cùng với sự phát triển của
khoa học công nghệ, chất dẻo còn được ứng dụng và trở thành vật liệu thay thế cho
những vật liệu truyền thống tưởng chừng như không thể thay thế được là gỗ, kim
loại, silicat... Do đó, ngành công nghiệp Nhựa ngày càng có vai trò quan trọng
trong đời sống cũng như sản xuất của các quốc gia.
Trên thế giới cũng như ở Việt Nam, ngành công nghiệp Nhựa dù còn non trẻ so
với các ngành công nghiệp lâu đời khác như cơ khí, điện - điện tử, hoá chất, dệt
may v.v… nhưng đã có sự phát triển mạnh mẽ trong những năm gần đây. Ngành
Nhựa giai đoạn 2010 – 2015, là một trong những ngành công nghiệp có tăng
trưởng cao nhất Việt Nam với mức tăng hàng năm từ 16% – 18%/năm (chỉ sau
ngành viễn thông và dệt may), có những mặt hàng tốc độ tăng trưởng đạt gần
100% [1]. Với tốc độ phát triển nhanh, ngành Nhựa đang được coi là một ngành
năng động trong nền kinh tế Việt Nam. Sự tăng trưởng đó xuất phát từ thị trường
rộng, tiềm năng lớn (xem hình 1.1) và đặc biệt là vì ngành nhựa Việt Nam mới chỉ
ở bước đầu của sự phát triển so với thế giới và sản phẩm nhựa được phát huy sử
dụng trong tất cả các lĩnh vực của đời sống bao gồm sản phẩm bao bì nhựa, sản
phẩm nhựa vật liệu xây dựng, sản phẩm nhựa gia dụng và sản phẩm nhựa kỹ thuật
cao.

SVTH: TRẦN THANH QUANG

GVHD: TS. NGUYỄN DANH NGỌC


THIẾT KẾ & CHẾ TẠO MÔ HÌNH MÁY PHUN ÉP NHỰA

Công nghệ phun ép là quá trình phun nhựa nóng chảy lỏng điền đầy khuôn. Một
khi nhựa được làm nguội và định hình lại trong lòng khuôn thì khuôn được mở ra
và sản phẩm được đẩy ra khỏi khuôn nhờ hệ thống đẩy, trong quá trình này không
có bất cứ một phản ứng hóa học nào. Các nhựa nhiệt dẻo thường được gia công
bằng phương pháp này. Sản phẩm gia công có kích thước khá chính xác theo 3
chiều vi được tạo ra hình trong khuôn kín.
Quá trình gia công gồm 2 quá trình:
- Nhựa hoá trong xi lanh nguyên liệu.
- Tạo hình trong khuôn.
Quá trình tạo hình chỉ tiến hành khi làm khít 2 nửa khuôn lại với nhau. Tùy theo
nguyên liệu, chế độ nhiệt độ của khuôn khác nhau (nhựa nhiệt dẻo khác nhựa nhiệt
rắn). Vật liệu chảy vào khuôn qua các rảnh, cửa tiết diện nhỏ. Khi vùng tạo hình
của khuôn đã được lấp đầy nguyên liệu thì khuôn mới chịu tác dụng của lực ép.
Gia công bằng phương pháp phun ép tiết kiệm được nhiều nguyên liệu, ít tốn công
hoàn tất. Tuy nhiên, quá trình phun ép không ổn định về nhiệt độ và áp suất.
1.3
1.3.1

Phân loại máy phun ép
Phân loại theo cấu tạo

a. Máy phun ép trục vít

SVTH: TRẦN THANH QUANG

GVHD: TS. NGUYỄN DANH NGỌC


 Chuyển động quay tròn có thể do động cơ điện truyền động qua bộ phận
giảm tốc bằng bánh răng và cũng có thể nhờ vào bộ phận truyền động thủy lực.
Hiện nay người ta dùng động cơ thủy lực, vì phạm vi điều chỉnh vận tốc rộng,
mặt khác cơ cấu vận động kiểu này đơn giản hơn.


Đầu phun: Là bộ phận nối tiếp giữa xi lanh nguyên liệu, nó giữ nhiệm

vụ dẫn nguyên liệu từ xi lanh nguyên liệu đến khuôn. Cấu tạo và hình dạng cua

SVTH: TRẦN THANH QUANG

GVHD: TS. NGUYỄN DANH NGỌC


THIẾT KẾ & CHẾ TẠO MÔ HÌNH MÁY PHUN ÉP NHỰA

đầu phun có ảnh hưởng rõ rệt đến áp suất và nhiệt của nhựa, đồng thời nó cũng
ảnh hưởng tới thời gian duy trì áp suất, nghĩa là ảnh hưởng đến chu kì đúc.
- Cấu tạo của đầu phun phải đảm bảo 3 yêu cầu sau: Không có điểm dừng
trên đầu nguyên liệu. Tổn thất áp suất nhỏ nhất. Có khả năng ăn khớp với lỗ
phun keo trên khuôn không cho nhựa lỏng trong xi lanh nguyên liệu chảy ra
ngoài trong khi phun ép sản phẩm.
- Nhiệm vụ của đầu phun: Giống như một chiếc van nối giữa bộ phận trục vít
và khuôn nhựa.


Cụm đóng mở khuôn: Bộ phận này rất đa dạng, gồm các loại thủy

lực,cơ học, thủy lực kết hợp cơ học,cơ điện… Mỗi kiểu có những ưu điểm và

b. Máy phun ép piton
Hình 1.3 thể hiện một dạng máy phun ép piton. Đặc điểm của máy này khi hoạt
động máy cho phép nhựa đã gia nhiệt nằm trong piton đẩy tạo ra áp lực lớn đưa
vào khuôn nhựa mà không có bọt khí. Từ đó máy tạo ra sản phẩm chất lượng tốt
không bị các lỗi dễ gặp như rỗ khí, hai lai, bavia.

Hình 1. 3: Máy phun ép bằng piton dạng vít đùn [1]
Dạng máy phun ép piton có lợi thể dễ sữa chưa bảo trì, linh kiện thay thế khá
đang dạng. Máy cũng có giá thành rẻ hơn so với các loại máy phun ép sử dụng
động cơ điện. Từ đó, máy rất phù hợp với điều kiện sản xuất nhỏ lẻ chi phí đầu tư

SVTH: TRẦN THANH QUANG

GVHD: TS. NGUYỄN DANH NGỌC


THIẾT KẾ & CHẾ TẠO MÔ HÌNH MÁY PHUN ÉP NHỰA

ban đầu thấp.

Tuy nhiên nhược điểm của máy là do sử dụng piton nên vận

hành có ồn cao, tạo nhiều rung động, thường xuyên phải bảo dưỡng các chi tiết
nhạy cảm như van dầu, động cơ bơm áp…
1.3.2

Phân loại theo cơ chế vận hành

a. Máy phun ép ngang
Đây là loại phổ biến nhất. Một phần của máy, bộ phận khuôn và các bộ phận vòi

SVTH: TRẦN THANH QUANG

GVHD: TS. NGUYỄN DANH NGỌC


THIẾT KẾ & CHẾ TẠO MÔ HÌNH MÁY PHUN ÉP NHỰA

vào các sản phẩm nhựa có thể được đồng đều hơn. Sản phẩm lấy ra không dễ dàng
và phải lấy ra bằng tay do đó khó thực hiện được hoạt động tự động. Với máy phun
ép đứng này được sử dụng cho máy phun ép nhỏ.
c. Máy phun ép nghiêng
Bộ phận khuôn và các bộ phận vòi phun không nằm trên trục trung tâm mà tạo
thành một góc lệch tâm. Hướng phun và giao diện nằm trên cùng bề mặt khuôn.
Phù hợp cho các trung tâm gia công các sản phẩm có bề mặt phẳng không được để
lại dấu vết trên bề mặt sản phẩm. Máy phun ép nghiêng có diện tích nhỏ hơn máy
phun ép ngang, nhưng nhựa được điền vào khuôn dễ dàng hơn do góc nghiêng
xuống. Đây là máy được sử dụng nhiều cho các mục đích công suất nhỏ.
d. Máy phun phun ép có nhiều chế độ quay
Máy đặc biệt nhiều khuôn được đặc trưng bởi cấu trúc thiết bị quay kẹp, khuôn bố
trí xung quanh trục quay. Đây là loại máy phun ép phát huy khả năng hóa dẻo để
rút ngắn chu kì sản xuất và nâng cao năng lực sản xuất của máy, đặc biệt máy thích
hợp cho làm mát và hối lượng nhựa lớn trong một thời gian dài, nó hỗ trợ thời gian
làm mát và tang lượng nhựa trong sản xuất sản phẩm. Tuy nhiên hệ thống khuôn
kẹp lớn, phức tạp, lực khá nhỏ do đó máy được sử dụng trong sản xuất đế, bệ và
một số sản phẩm khác..
Hiện nay các hãng máy đều tập trung vào phát triển hệ máy phun épsử dụng
động cơ servo AC kết hợp kết cấu vitme – kìm để kẹp khuôn. Ưu điểm của loại
máy này là vận hành êm, ít tiếng ồn, dễ bảo trì bảo dưỡng, năng suất làm việc cao,
dễ dàng lập trình và điều khiển vị trí chính xác. Nhược điểm là giá thành cao hơn
so với các máy dùng xi lanh truyền thống.

thước mô hình nhỏ.
- Hệ thống khuôn được thiết kế bằng Creo và gia công bằng máy CNC.
- Hệ thống phun gồm buồng chứa và trục vít ép nhựa.

SVTH: TRẦN THANH QUANG

GVHD: TS. NGUYỄN DANH NGỌC


THIẾT KẾ & CHẾ TẠO MÔ HÌNH MÁY PHUN ÉP NHỰA

- Hệ thống hổ trợ quá trình phun sử dụng xi lanh cho cơ cấu chuyển động
tịnh tiến đơn giản.
Đơn vị phun ép

Đơn vị đóng mở

Hình 2. 2: Bản vẽ kết cấu cơ khí của mô hình
Như thể hiện trên hình 2.2, hai đơn vị đóng vai trò quan trọng trong hoạt động của
hệ thống là: đơn vị đóng mở và và đơn vị phun ép.
2.1.1 Đơn vị đóng mở
Nhiệm vụ của đơn vị đóng mở giữ khuôn, đóng và mở khuôn, tạo kháng lực giữ
khuôn, hoàn tất công việc tách rời thành phẩm ra khỏi khuôn. Lực đóng được tạo
ra bởi hệ thống cơ lực hay thủy lực qua hệ thống xi lanh thủy lực. Tạo lực tác động
đóng kín hai phẩn nửa cửa của khuôn lại với nhau, lực đóng kín này không được
lớn hơn 80% công suất và phải luôn lớn hơn áp suất bên trong hốc khuôn do trục
vít tạo nên.
Cấu trúc và chi tiết hoạt động của đơn vị đóng mở: hai phần nửa của khuôn được
đặt vào chính giữa 2 lỗ khoan hướng tâm nằm đối xứng trên hai tấm giữ khuôn,
trên mặt có những lỗ khoan đối xứng để bắt ốc giữ khuôn. Hai tấm giữ này một

bang điện trở đốt nóng, trục vít bên trong xi lanh. Trục vít chuyển động quay kéo
theo hạt nhựa xuống từ phễu nạp nguyên liệu và đẩy dần về phía trước, đồng thời
ép nhựa nóng chảy xuyên qua kênh tiếp nối đi vào bên trong hốc khuôn. Chuyển
động quay của trục vít được khởi động bởi một động cơ thủy lực hay động cơ điện.
chuyển động thẳng theo trục ngang được tạo ra bởi piton với xi lanh thủy lực.
Đơn vị phun: trục vít theo chiều ngang, dọc theo xi lanh về phía đầu phun để đẩy
khối nhựa nóng chảy vào hốc khuôn. Với hoạt động này, trục vít được xem như giữ
vai trò của một piton nạp nhựa nóng chảy theo một lượng nhất định vào hốc khuôn
(xem hình 2.5).

Hình 2. 5: Giai đoạn lấy nhựa vào khuôn: (1) Phễu nạp nguyên liệu, (2) Xi lanh,
(3) Vòng băng điện trở, (4) Trục vít, (5) Khuôn đúc phun, (6) Cuống nối nhựa
Đơn vị ép: chuyển động quay của trục vít bắt đầu khởi động tạo áp suất lớn để
nén chặt nhựa trong hốc khuôn ngay sau hoạt động cung ứng theo liều lượng của
đơn vị phun chấm dứt.

SVTH: TRẦN THANH QUANG

GVHD: TS. NGUYỄN DANH NGỌC